Jak działają doładowania

-Od czasu wynalezienia wewnętrznego silnika spalinowego, inżynierowie samochodowi, miłośnicy prędkości i projektanci samochodów wyścigowych szukali sposobów na zwiększenie jego mocy. -Jednym sposobem na zwiększenie mocy jest zbudowanie większego silnika. Ale większe silniki, które ważą więcej i kosztują więcej w budowie i utrzymaniu, nie zawsze są lepsze.

Innym sposobem na zwiększenie mocy jest zwiększenie wydajności silnika normalnej wielkości. Możesz to osiągnąć, wtłaczając więcej powietrza do komory spalania. Więcej powietrza oznacza więcej paliwa, a więcej paliwa oznacza większą eksplozję i większą moc. Dodawanie sprężarka to świetny sposób na wymuszone wprowadzanie powietrza. W tym artykule wyjaśnimy, czym są doładowania, jak działają i jak wypadają na tle turbosprężarek.

Doładowanie to każde urządzenie, które zwiększa ciśnienie wlotu powietrza powyżej ciśnienia atmosferycznego. Robią to zarówno doładowania, jak i turbosprężarki. W rzeczywistości termin „turbosprężarka” jest skróconą wersją „turbosprężarki”, jego oficjalnej nazwy.

Różnica między tymi dwoma d-evices polega na ich źródle energii. Turbosprężarki napędzane są masowym przepływem spalin napędzających turbinę. Doładowania są napędzane mechanicznie przez napęd pasowy lub łańcuchowy z wału korbowego silnika.

W następnej sekcji przyjrzymy się, jak doładowanie wykonuje swoją pracę.

Zwykły czterosuwowy silnik poświęca jeden skok na proces zasysania powietrza. Ten proces składa się z trzech kroków:

1. Tłok porusza się w dół.
2. To tworzy próżnię.
3. Powietrze pod ciśnieniem atmosferycznym zasysane jest do komory spalania.

Gdy powietrze zostanie wciągnięte do silnika, musi zostać połączone z paliwem, aby utworzyć ładunek - pakiet energii potencjalnej, który można przekształcić w użyteczną energię kinetyczną w wyniku reakcji chemicznej znanej jako spalanie. Świeca zapłonowa inicjuje tę reakcję chemiczną, zapalając ładunek. Gdy paliwo ulega utlenianiu, uwalniana jest duża ilość energii. Siła tej eksplozji, skoncentrowana nad głowicą cylindra, napędza tłok w dół i tworzy ruch posuwisto-zwrotny, który ostatecznie jest przenoszony na koła.

Dodanie większej ilości paliwa do ładunku spowodowałoby silniejszą eksplozję. Ale nie można po prostu wpompować więcej paliwa do silnika, ponieważ do spalenia określonej ilości paliwa wymagana jest dokładna ilość tlenu. Ta chemicznie poprawna mieszanka - 14 części powietrza na jedną część paliwa - jest niezbędna do wydajnej pracy silnika. Podsumowując: aby dolać więcej paliwa, należy włożyć więcej powietrza.

To jest zadanie doładowania. Doładowania zwiększają pobór przez sprężanie powietrza powyżej ciśnienia atmosferycznego, bez wytwarzania próżni. To wtłacza więcej powietrza do silnika, zapewniając „doładowanie”. Dzięki dodatkowemu powietrzu doładowania można dodać więcej paliwa do ładunku i zwiększyć moc silnika. Doładowanie zapewnia średnio o 46% większą moc i 31% większy moment obrotowy. W sytuacjach na dużych wysokościach, gdzie osiągi silnika pogarszają się z powodu niskiej gęstości i ciśnienia powietrza, doładowanie dostarcza do silnika powietrze o wyższym ciśnieniu, dzięki czemu może on działać optymalnie.

W przeciwieństwie do turbosprężarek, które wykorzystują spaliny wytwarzane podczas spalania do zasilania sprężarki, doładowania pobierają moc bezpośrednio z wału korbowego. Większość z nich jest napędzana paskiem pomocniczym, który owija się wokół koła pasowego połączonego z kołem napędowym. Przekładnia napędowa z kolei obraca zębatkę sprężarki. Wirnik sprężarki może mieć różne konstrukcje, ale jego zadaniem jest zasysanie powietrza, wtłaczanie powietrza do mniejszej przestrzeni i odprowadzanie go do kolektora dolotowego.

Aby wytworzyć ciśnienie w powietrzu, sprężarka doładowująca musi obracać się szybko - szybciej niż sam silnik. Zwiększenie koła napędowego większego niż koło zębate sprężarki powoduje szybsze obracanie się sprężarki. Doładowania mogą obracać się z prędkością od 50 000 do 65 000 obrotów na minutę (RPM).

Sprężarka obracająca się z prędkością 50 000 obr / min przekłada się na zwiększenie o około sześć do dziewięciu funtów na cal kwadratowy (psi). To sześć do dziewięciu dodatkowych psi ponad ciśnienie atmosferyczne na określonej wysokości. Ciśnienie atmosferyczne na poziomie morza wynosi 14,7 psi, więc typowe doładowanie z doładowania powoduje wprowadzenie do silnika około 50 procent więcej powietrza.

Gdy powietrze jest sprężane, nagrzewa się, co oznacza, że ​​traci swoją gęstość i nie może się tak bardzo rozszerzyć podczas wybuchu. Oznacza to, że nie może wytworzyć tak dużej mocy, gdy jest zapalana przez świecę zapłonową. Aby doładowanie działało z maksymalną wydajnością, sprężone powietrze opuszczające jednostkę wyładowczą musi zostać schłodzone, zanim dotrze do kolektora dolotowego. Za ten proces chłodzenia odpowiada intercooler. Intercoolery występują w dwóch podstawowych wersjach: intercoolery powietrze-powietrze i intercoolery powietrze-woda. Oba działają jak grzejnik, z chłodniejszym powietrzem lub wodą przepuszczaną przez system rurek lub rurek. Gdy gorące powietrze opuszczające doładowanie napotyka chłodniejsze rury, również się ochładza. Obniżenie temperatury powietrza zwiększa gęstość powietrza, co powoduje, że do komory spalania dostaje się gęstszy wsad.

Następnie przyjrzymy się różnym typom doładowań.

Zdjęcie dzięki uprzejmości Shopper Doładowanie Eaton, zmodyfikowana sprężarka Rootsa.

Istnieją trzy typy doładowań: korzeniowe, dwuślimakowe i odśrodkowe. Główna różnica polega na tym, jak przenoszą powietrze do kolektora dolotowego silnika. Korzenie i turbosprężarki dwuślimakowe wykorzystują różne typy zazębiających się krzywek, a doładowanie odśrodkowe wykorzystuje wirnik, który zasysa powietrze. Chociaż wszystkie te konstrukcje zapewniają doładowanie, różnią się one znacznie wydajnością. Każdy typ doładowania jest dostępny w różnych rozmiarach, w zależności od tego, czy chcesz tylko doładować swój samochód, czy wziąć udział w wyścigu.

Doładowanie Roots to najstarszy projekt. Philander i Francis Roots opatentowali projekt w 1860 roku jako maszynę, która miała pomóc w wentylacji szybów kopalnianych. W 1900 roku Gottleib Daimler umieścił w silniku samochodowym doładowanie Rootsa.

Doładowanie korzeni

W miarę obracania się listków zazębiających się powietrze uwięzione w kieszeniach między listkami jest przenoszone między stroną napełniania a stroną tłoczną. Duże ilości powietrza przedostają się do kolektora dolotowego i „układają się w stos”, aby wytworzyć nadciśnienie. Z tego powodu turbosprężarki firmy Roots to nic innego jak dmuchawy powietrza, a termin „dmuchawa” jest nadal często używany do opisania wszystkich sprężarek..

Zdjęcie dzięki uprzejmości Sport Truck Pickup Forda z lat czterdziestych XX wieku z doładowaniem Rootsa.

Doładowania Roots są zwykle duże i znajdują się na górze silnika. Są popularne w samochodach typu muscle car i hot rodach, ponieważ wystają z maski samochodu. Są jednak najmniej wydajnymi doładowaniami z dwóch powodów: zwiększają masę pojazdu i przemieszczają powietrze w dyskretnych wybuchach zamiast płynnego i ciągłego przepływu.

Zdjęcie dzięki uprzejmości Superchargers Online Doładowanie dwuśrubowe

Doładowanie dwuślimakowe działa na zasadzie wciągania powietrza przez parę zazębiających się płatków, które przypominają zestaw przekładni ślimakowych. Podobnie jak w turbosprężarce Rootsa, powietrze wewnątrz turbosprężarki dwuślimakowej jest uwięzione w kieszeniach utworzonych przez występy wirnika. Ale dwuśrubowa sprężarka doładowująca spręża powietrze wewnątrz obudowy wirnika. Dzieje się tak, ponieważ wirniki mają stożkowy stożek, co oznacza, że ​​kieszenie powietrzne zmniejszają się, gdy powietrze przemieszcza się od strony napełniania do strony tłocznej. W miarę kurczenia się kieszeni powietrznych powietrze jest ściskane w mniejszej przestrzeni.

Doładowanie dwuśrubowe

To sprawia, że ​​turbosprężarki dwuślimakowe są bardziej wydajne, ale kosztują więcej, ponieważ wirniki śrubowe wymagają większej precyzji w procesie produkcyjnym. Niektóre typy turbosprężarek dwuślimakowych znajdują się nad silnikiem, np. Sprężarka Rootsa. Robią też dużo hałasu. Sprężone powietrze opuszczające wylot wylotu wytwarza wycie lub gwizd, który należy stłumić za pomocą technik tłumienia hałasu.

Zdjęcie dzięki uprzejmości Muscle Mustang Doładowanie odśrodkowe ProCharger D1SC

Doładowanie odśrodkowe napędza wirnik - urządzenie podobne do wirnika - z bardzo dużymi prędkościami, aby szybko wciągnąć powietrze do małej obudowy sprężarki. Prędkości wirnika mogą osiągać od 50 000 do 60 000 obr / min. Gdy powietrze jest zasysane do piasty wirnika, siła odśrodkowa powoduje jego promieniowanie na zewnątrz. Powietrze opuszcza wirnik z dużą prędkością, ale pod niskim ciśnieniem. Dyfuzor - zestaw nieruchomych łopatek otaczających wirnik - zamienia szybkoobrotowe powietrze o niskim ciśnieniu w wolnoobrotowe powietrze o wysokim ciśnieniu. Cząsteczki powietrza zwalniają po uderzeniu w łopatki, co zmniejsza prędkość przepływu powietrza i zwiększa ciśnienie.

Doładowanie odśrodkowe

Odśrodkowe doładowania są najbardziej wydajnymi i najpowszechniejszymi ze wszystkich wymuszonych układów indukcyjnych. Są małe, lekkie i mocowane do przedniej części silnika zamiast do góry. Wydają również charakterystyczny jęk, gdy silnik zwiększa obroty - jakość, która może zwrócić uwagę na ulicę.

Dowolną z tych sprężarek można dodać do pojazdu jako uzupełnienie rynku wtórnego. Kilka firm oferuje zestawy zawierające wszystkie części niezbędne do zainstalowania turbosprężarki w ramach projektu „zrób to sam”. W świecie zabawnych samochodów i wyścigów paliwowych taka personalizacja jest integralną częścią sportu. Kilku producentów samochodów uwzględnia w swoich modelach doładowania.

Następnie dowiemy się o zaletach doładowania Twojego samochodu.

Największą zaletą posiadania doładowania jest zwiększona moc. Podłącz doładowanie do normalnego samochodu lub ciężarówki, a zachowa się jak pojazd z większym, mocniejszym silnikiem.

Ale co, jeśli ktoś próbuje zdecydować między doładowaniem a turbosprężarką? To pytanie jest gorąco dyskutowane przez inżynierów samochodowych i entuzjastów samochodów, ale ogólnie doładowania mają kilka zalet w porównaniu z turbosprężarkami.

W przypadku sprężarek doładowujących nie występują opóźnienia - termin używany do opisania czasu, jaki upływa między wciśnięciem pedału gazu przez kierowcę a reakcją silnika. Turbosprężarki cierpią z powodu opóźnień, ponieważ musi upłynąć kilka chwil, zanim spaliny osiągną prędkość wystarczającą do napędzania wirnika / turbiny. Doładowania nie mają opóźnień, ponieważ są napędzane bezpośrednio przez wał korbowy. Niektóre sprężarki są bardziej wydajne przy niższych obrotach, podczas gdy inne są bardziej wydajne przy wyższych obrotach. Na przykład korzenie i turbosprężarki dwuśrubowe zapewniają większą moc przy niższych obrotach. Odśrodkowe doładowania, które stają się bardziej wydajne, gdy wirnik obraca się szybciej, zapewniają większą moc przy wyższych obrotach.

Instalacja turbosprężarki wymaga obszernej modyfikacji układu wydechowego, ale sprężarki można przykręcić do górnej lub bocznej części silnika. To sprawia, że ​​są tańsze w instalacji oraz łatwiejsze w obsłudze i konserwacji.

Wreszcie, w przypadku doładowania nie jest wymagana żadna specjalna procedura wyłączania. Ponieważ nie są smarowane olejem silnikowym, można je normalnie wyłączyć. Turbosprężarki muszą pracować na biegu jałowym przez około 30 sekund przed wyłączeniem, aby olej smarujący mógł ostygnąć. To powiedziawszy, dobre rozgrzanie jest ważne dla doładowania, ponieważ działają one najbardziej wydajnie w normalnych temperaturach roboczych.

Doładowania są powszechnym dodatkiem do silników spalinowych samolotów. Ma to sens, jeśli weźmie się pod uwagę, że samoloty spędzają większość czasu na dużych wysokościach, gdzie znacznie mniej tlenu jest dostępnych do spalania. Wraz z wprowadzeniem doładowania samoloty były w stanie latać wyżej bez utraty wydajności silnika.

Doładowania używane w silnikach lotniczych działają tak samo, jak te stosowane w samochodach. Pobierają moc bezpośrednio z silnika i za pomocą kompresora wdmuchują sprężone powietrze do komory spalania. Powyższa ilustracja przedstawia podstawową konfigurację samolotu z doładowaniem.

W następnej kolejności dowiemy się o niektórych wadach doładowania.

Największą wadą turbosprężarek jest również ich cecha charakterystyczna: ponieważ napędza je wał korbowy, muszą one kraść część mocy silnika. Doładowanie może zużywać nawet 20 procent całkowitej mocy silnika. Ale ponieważ doładowanie może generować nawet 46 procent dodatkowej mocy, większość uważa, że ​​taki kompromis jest tego wart.

Doładowanie dodatkowo obciąża silnik, który musi być mocny, aby poradzić sobie z dodatkowym doładowaniem i większymi eksplozjami. Większość producentów uwzględnia to, określając wytrzymałe komponenty podczas projektowania silnika przeznaczonego do doładowania. To sprawia, że ​​pojazd jest droższy. Utrzymanie doładowania kosztuje więcej, a większość producentów sugeruje wysokooktanowy gaz najwyższej jakości.

Pomimo swoich wad, sprężarki doładowujące są nadal najbardziej opłacalnym sposobem na zwiększenie mocy. Doładowania mogą powodować wzrost mocy od 50 do 100 procent, dzięki czemu świetnie nadają się do wyścigów, holowania ciężkich ładunków lub po prostu dodawania emocji do typowych wrażeń z jazdy.

Aby dowiedzieć się więcej o doładowaniu i powiązanych tematach, sprawdź linki na następnej stronie.

Powiązane artykuły

• Quiz Corner: Engine Quiz
• Jak działają turbosprężarki-
• Jak działają silniki samochodowe
• Jak działają silniki turbin gazowych
• Jak działają silniki obrotowe
• Jak działa Gears
• Jak działa siła, moc, moment obrotowy i energia
• Jak działają ceny gazu

Więcej świetnych linków

• US Centennial Flight Commission
• Odśrodkowe doładowania ProCharger
• Whipple Industries
• Inżynieria Vortech

Źródła

• „Wszystko o dmuchawach: tajniki sprężonego powietrza”. Mustangi mięśniowe i szybkie fordy.
  http://www.musclemustangfastfords.com/tech/0411mm_super/
• Barnes, Dan. „Omówienie doładowania: wszystko, co chciałeś wiedzieć o doładowaniu”. Sportowy samochód kompaktowy.
  http://www.sportcompactcarweb.com/tech/0107scc_garage/
• Brauer, Karl. "Naładuj to!" Edmunds.com.
  http://www.edmunds.com/ownership/techcenter/articles/43842/article.html
• Ferrari, Brian. „Omówienie: doładowanie a turbosprężarka”. AutomotiveArticles.com.
  http://www.automotivearticles.com/123/Supercharger_vs_Turbocharger_.shtml
• Phenix, Matthew. „Samochód z turbodoładowaniem i doładowaniem”. Popularna nauka. Październik 2005.
• Odśrodkowe doładowania ProCharger
  http://www.procharger.com/
• DoładowaniaOnline
  http://www.superchargersonline.com/index.asp
• Wilson, Kevin. „Podstawy doładowania”. Ciężarówka Sport.
  http://www.sporttruck.com/techarticles/1436/
• „Turbosprężarki i doładowania wyjaśnione”, FordvsChevy. 17 października 1999.
  http://www.fordvschevy.com/tech/tbsc/tbsc.html
• US Centennial Flight Commission
  http://www.centennialofflight.gov/essay/Dictionary/supercharger/DI115.htm
• Inżynieria Vortech
  http://www.vortechsuperchargers.com/
• Whipple Industries
  http://www.whipplesuperchargers.com/